JPH11326592A

JPH11326592A - 溶融装置

Info

Publication number: JPH11326592A
Application number: JP12705998A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Matsuo; 俊明松尾; Takashi Nishi; 高志西; Takeyuki Kondo; 健之近藤; Masami Matsuda; 将省松田; Kenji Miyata; 健治宮田; Kiyotaka Ueda; 清隆上田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-05-11
Filing date: 1998-05-11
Publication date: 1999-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】溶融装置の炉本体側壁の補修頻度を減少でき
る。【解決手段】塊状の導電性物質１が、炉本体２内に充填
される。４枚の絶縁板４は、導電性物質充填層９内で、
炉本体２の側壁内面から炉本体２の中心側に向かって配
置される。導電性物質充填層９の上方の空間に投入され
る放射性固体廃棄物は、電磁コイル３による導電性物質
１の誘導加熱によって溶融される。導電性物質充填層９
の周辺部を周方向に流れる渦電流は、周方向の４個所で
絶縁板４に沿って導電性物質充填層９の中心側へと流れ
るので、導電性物質充填層９の中央部での発熱量が増加
する。導電性物質充填層９の半径方向での温度分布が平
坦化される。導電性物質充填層９の中心軸付近を流下す
る溶湯量が増加し、溶湯の炉本体側壁への接触頻度が減
少する。炉本体２の側壁の劣化が抑制でき、炉本体２の
側壁の補修頻度を減少できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融装置に係り、
特に放射性廃棄物を溶融するのに好適な溶融装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】金属廃棄物等の不燃性の放射性固体廃棄
物が、原子力発電所から発生する。放射性固体廃棄物の
処理の１つとして、溶融処理がある。溶融処理は、加熱
方法の違いにより、プラズマ加熱方法，誘導加熱方法，
バーナー燃焼方法，コークスベッド方法及び電気抵抗加
熱方法がある。これらのうち、誘導加熱方法は、交流電
源からコイルに電流を流して数十Ｈｚから数百Ｈｚの周
波数の誘導磁場を炉内に発生させる。これにより、嬬渦
電流が炉内にある導電性の放射性固体廃棄物の表面に流
れ、ジュール熱が発生する。また、誘導加熱方法の他の
方法として、上記誘導磁場により炉内に充填した導電性
発熱体にジュール熱を発生させ、この導電性物質に接触
した放射性固体廃棄物を溶融させるものがある。

【０００３】誘導加熱方法が適用される誘導加熱炉のう
ち、商用周波数より大きな周波数の電磁場を用いコイル
内に強磁性体の芯を設置しないものを無鉄芯高周波誘導
加熱炉という。溶融する放射性固体廃棄物は鉄製の構造
材を含んでいるので、無鉄芯高周波誘導加熱炉の採用が
有利である。

【０００４】特許第2503004 号公報に記載された溶融装
置は、塊状の複数の導電性物質を内部に収納する炉本
体、これらの導電性物質を誘導加熱する目的で炉本体の
外部に設置された電磁コイルを備えている。加熱された
導電性物質の充填層の上に投下された放射性固体廃棄物
は、導電性物質からの熱伝導により、加熱，溶融され
る。溶融された放射性固体廃棄物の溶湯は、導電性物質
間を流下して炉本体下部の出湯口から連続的に流出す
る。この溶融装置は、交番電流では、直接、加熱できな
いような細かい金属及び絶縁物質も加熱できる。更に、
その溶融装置は、溶湯が炉本体の出湯口から常に外部に
流出するので、溶融装置内に投入される廃棄物が水分を
含む場合、及びその廃棄物がコンクリート破片のように
結晶水を含有する物質である場合でも、水蒸気爆発等の
恐れがなく、溶融装置を安全に運転できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特許第2503004 号公報
に記載された溶融装置は、表皮効果によって導電性物質
充填層の側面表層（導電性物質充填層の炉本体側壁近
傍）が最大となるように渦電流が流れる。このため、導
電性物質充填層の水平方向での発熱密度分布は、炉本体
側壁近傍で最大となる。炉本体の内径が表皮厚さに比べ
て十分大きい場合、導電性物質充填層の半径方向での温
度分布は、炉本体側壁近傍で最大となる。実際には、投
入された固体廃棄物と接触する導電性物質充填層の上面
の中心軸近傍の温度を、固体廃棄物の融点以上にするの
で、炉本体側壁近傍の温度はそれよりも更に高くなる。
また、導電性物質充填層の中心軸近傍の温度が炉本体側
壁近傍のそれよりも低いと、中心軸近傍での溶湯の粘性
が上昇し温度の高い炉本体側壁側で溶湯が流れ易くな
る。従って、溶湯が炉本体側壁に接触する頻度が増大
し、溶湯と炉本体側壁を構成する耐火材との化学反応の
生じる頻度も増加する。これは、炉本体側壁の耐火材の
劣化を早め、その補修及び交換を頻繁に行う必要が生じ
る。

【０００６】固体廃棄物として放射性固体廃棄物を上記
溶融装置内に投入する場合は、炉本体側壁内面に放射性
物質が付着し、上記炉本体側壁のメンテナンス時におい
て作業員が被曝する危険性がある。

【０００７】本発明の目的は、炉本体側壁の補修頻度を
減少できる溶融装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する第１
発明の特徴は、内部に複数の塊状の導電性物質を収納す
ると共に被溶融物が投入される炉本体と、前記炉本体の
外側に設けられ、前記導電性物質を誘導加熱する電磁コ
イルとを備え、前記炉本体の半径方向に延び、前記炉本
体の側壁付近を周方向に流れる渦電流を前記炉本体中心
側に向かって流す仕切り部材を、前記炉本体内で前記導
電性物質が充填される領域に位置させることにある。

【０００９】電磁コイルにより発生する交番磁界の作用
によって炉本体内の導電性物質充填層を周方向に流れる
渦電流は、半径方向に延びる仕切り部材が存在するため
に、仕切り部材を迂回するように周辺部から炉本体の中
心部に流れる。導電性物質充填層の中心部における発熱
量が増加する。このため、導電性物質充填層の半径方向
における発熱分布は従来よりも平坦化し、導電性物質充
填層周辺部の温度が低下する。炉本体中心部を流下する
被溶融物の溶湯量が増加し、溶湯の炉本体側壁への接触
頻度が減少する。炉本体側壁の劣化を抑制でき、炉本体
側壁の補修頻度を減少できる。被溶融物は、金属等の溶
融すべき物質である。

【００１０】上記目的を達成する第２発明の特徴は、内
部に複数の塊状の導電性物質を収納すると共に被溶融物
が投入される炉本体と、前記炉本体の外側に設けられ、
前記導電性物質を誘導加熱する電磁コイルと、前記炉本
体内で前記導電性物質が充填される領域に配置され、前
記炉本体内面からこの炉本体の中心側に向かって延び
る、絶縁性物質で構成された仕切り部材とを備えたこと
にある。

【００１１】絶縁性物質で構成された仕切り部材が炉本
体の中心側に向かって延びているので、第１発明と同様
に、導電性物質充填層を周方向に流れる渦電流が炉本体
の中心部に流れ、導電性物質充填層の半径方向における
発熱分布は周辺部で減少し中心部で増加する。このた
め、炉本体側壁の劣化を抑制でき、炉本体側壁の補修頻
度を減少できる。

【００１２】上記目的を達成する第３発明の特徴は、前
記仕切り部材を前記炉本体内で周方向に複数設けたこと
にある。

【００１３】仕切り部材を炉本体内で周方向に複数設け
ているので、炉本体中央部での発熱量が第１及び第２発
明よりも増加する。炉本体側壁の補修頻度が更に減少す
る。上記目的を達成する第４発明の特徴は、前記導電性
物質の電気抵抗をρ(Ωｍ)、前記導電性物質の比透磁率
をμ、及び前記電磁コイルによって発生する交番磁場の
周波数をｆ(Ｈｚ)としたとき、前記仕切り部材は、 δ＝５.０３(ρ／μｆ)^1/2…（数１）で表される前記炉本体の中心軸からの距離δ(ｍ)よりも
外側に少なくとも位置することにある。

【００１４】仕切り部材が炉本体の中心軸からの距離δ
(ｍ)よりも外側に少なくとも位置しているので、従来、
導電性物質充填領域の周辺部に多く流れていた渦電流を
導電性物質充填層の中心部に効率よく流すことができ
る。このため、炉本体側壁の補修頻度を減少できる。

【００１５】上記目的を達成する第５発明の特徴は、前
記仕切り部材は、融点が１５００℃以上で気孔率が１０
％以下であることにある。

【００１６】仕切り部材は融点が１５００℃以上の材料
で構成されるので、被溶融物の溶湯と接触しても仕切り
部材が溶融することはない。また、気孔率が１０％以下
であるので、溶湯との接触による仕切り部材の減肉速度
が著しく小さい。従って、融点が１５００℃以上で気孔
率が１０％以下である仕切り部材は寿命が長く、仕切り
部材の交換頻度を低減できる。

【００１７】上記目的を達成する第６発明の特徴は、前
記仕切り部材と前記炉本体の底面との間に前記被溶融物
の溶湯が流れる通路が形成されることにある。

【００１８】仕切り部材と炉本体の底面との間に溶湯が
流れる通路が形成されるので、炉本体底面まで流下した
溶湯は、その通路を通って炉本体に設けられた出湯口ま
で流れやすくなる。従って、溶湯の炉本体外への排出が
容易に行われる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本実施例の好適な一実施例である
溶融装置を図１及び図２に基づいて以下に説明する。な
お、図２では、溶融装置の炉本体２の周囲に設けられた
電磁コイル３を省略している。

【００２０】本実施例の溶融装置は、炉本体２，電磁コ
イル３及び絶縁板４を備える。炉本体２は、金属性の容
器の内側に耐火材層を設けて構成される。４枚の絶縁板
４が、９０°の間隔を持って炉本体２内に設置される。
これらの絶縁板４は、炉本体２の側壁内面から炉本体２
の中心側に向かって延びている。しかし、これらの絶縁
板４は、炉本体２の中心まで達してはいない。絶縁板４
の炉本体２の側壁側の端部が、炉本体２の側壁に設置さ
れる。絶縁板４は、融点が１５００℃以上あり、具体的
にはアルミナ，酸化クロム，ジルコニア等の耐火物材料
で構成される。絶縁板４の気孔率は１０％以下である。
絶縁板４は、図３に示すように、下端部に切欠き部１０
を有することが望ましい。

【００２１】塊状の導電性物質１が、炉本体２内に充填
される。９は導電性物質１の充填層である。導電性物質
１は、例えば、コークス，黒鉛等の炭素，炭化珪素、ま
たはほう化ジルコニウム等の導電性セラミックスで構成
される。導電性物質１の大きさは、その代表寸法（例え
ば導電性物質１が球の場合は直径）が表皮深さδの約
３.５倍になるようにすると発熱効率が最も良くなる。
電磁コイル３による交番磁界の強度が、高さ方向で電磁
コイル３の真中の高さで最も大きくなるので、導電性物
質充填層９の高さは上記真中の高さにするのが望まし
い。なお、処理する放射性固体廃棄物１１が交番磁界に
より直接加熱される金属廃棄物を多く含む場合には、固
体廃棄物の乗る位置が上記真中の所にくるように、導電
性物質充填層９の高さを決めるとよい。

【００２２】各絶縁板４は導電性物質充填層９内に位置
している。電磁コイル３が炉本体２の側壁の周囲を取り
囲むように設置される。廃棄物投入装置７が導電性物質
充填層９より上方で炉本体２に設けられる。オフガス処
理・廃棄装置８も、導電性物質充填層９より上方で炉本
体２に接続される。出湯口５が炉本体２の側壁下端部に
設けられる。

【００２３】放射性固体廃棄物１１は、廃棄物投入装置
７によって炉本体２内の導電性物質充填層９の上方の空
間に投入される。電磁コイル３への通電により発生する
交番磁界によって導電性物質１が誘導加熱される。導電
性物質１は誘導加熱により約１４００℃の温度になって
いる。非可燃性の放射性固体廃棄物（鉄等の金属，プラ
スチックなど）１１は、導電性物質１に接触することに
より、加熱され溶融する。含まれている可燃性の放射性
固体廃棄物１１は、この加熱により燃焼する。放射性固
体廃棄物１１の溶融によって生じる溶湯は、導電性物質
１間の隙間を通り導電性物質充填層９内を流下する。炉
本体２の底面に達した溶湯は、その底面に沿って流れ、
出湯口５より流出して容器６内に充填される。非可燃性
の放射性固体廃棄物１１の溶融、及び可燃性の放射性固
体廃棄物１１の燃焼によって発生するガスは、オフガス
処理・廃棄装置８に導かれ、放射性物質及び粉塵等が除
去されて浄化された後に外部環境に排出される。

【００２４】絶縁板４が切欠き部１０を有するので、炉
本体２の底面に沿って流れる溶湯は、切欠き部１０を通
過するので、出湯口５まで流れやすい。出湯口５に向か
う溶湯が絶縁板４によって遮られず、溶湯の炉本体２外
への排出が容易に行われる。切欠き部１０は溶湯が流れ
る通路となる。

【００２５】導電性物質充填層９において絶縁板４によ
り導電性物質１の接触が遮られている。表皮効果により
導電性物質充填層９の周辺部を主に周方向に流れる渦電
流の通路は、絶縁板４により４個所で分断されている。
絶縁板４は、導電性物質充填層９内の周方向に流れる渦
電流の通路を分断する仕切り部材である。このため、渦
電流の通路は各絶縁板４付近で絶縁板４を迂回する通路
となる。渦電流は、電磁コイル３によって発生する交番
磁界に起因して生じる。渦電流は、周方向の４個所で絶
縁板４に沿って導電性物質充填層９の中心側に向かって
流れるので、導電性物質充填層９の中央部での発熱量が
増加する。本実施例は、導電性物質充填層９の半径方向
における温度分布が平坦化される。投入された放射性固
体廃棄物１１と接触する導電性物質充填層９の上面の中
央部の温度は、放射性固体廃棄物１１の融点以上にしな
ければならないので、半径方向において、導電性物質充
填層９の中央部での発熱量が増加する分、相対的に、導
電性物質充填層９の周辺部の発熱量を減少できる。

【００２６】導電性物質充填層９の中心軸付近を流下す
る溶湯量が増加し、溶湯の炉本体側壁への接触頻度が減
少する。このため、炉本体２の側壁の劣化を抑制でき、
炉本体２の側壁の補修頻度を減少できる。導電性物質充
填層９の周辺部の温度低下も、炉本体２の側壁の劣化抑
制に貢献する。絶縁板４が炉本体２の中心軸からの距離
δよりも少なくとも外側に位置するように配置されるこ
とにより、導電性物質充填層９の半径方向における温度
分布の平坦化の効果が増大する。放射性固体廃棄物１１
を処理する本実施例の溶融装置では、炉本体２の側壁の
補修頻度が減少することはその補修作業員の被曝低減上
も好ましいことである。

【００２７】本実施例は、絶縁板４に気孔率が１０％以
下の絶縁材料を用いている。溶湯との接触による絶縁板
４の減肉速度が著しく小さくなって絶縁板４の寿命が長
くなり、絶縁板４の交換頻度を低減できる。気孔率が１
０％以下になると減肉速度が著しく小さくなるが熱衝撃
等でクラックが入りやすくなる。絶縁板４は単に導電性
物質１の接触通電を妨げ導電性物質充填層９の周辺部を
主に周方向に流れる渦電流の通路を分断する目的で用い
ているので、多少のクラックが絶縁板４に入ってもその
目的は阻害されない。

【００２８】放射性固体廃棄物１１に含まれる金属で前
述の交番磁界で誘導加熱される大きさを有する金属は、
導電性物質充填層９との接触面以外の部分からも溶融す
る。本実施例において、絶縁板４の上端を導電性物質充
填層９の上面よりも上方に位置させてもよい。炉本体２
内に投入された固体廃棄物は、前述したように導電性物
質充填層９の上面との接触により熱を受けて溶融する。
このため、導電性物質充填層９の上面においても、絶縁
板４により、導電性物質充填層９の周辺部を主に周方向
に流れる渦電流の通路を分断すれば、導電性物質充填層
９の上面でも渦電流が導電性物質充填層９の中心軸に向
かって流れるようになる。従って、導電性物質充填層９
上面の中心軸付近における発熱量が増加し、その中心軸
付近に存在する放射性固体廃棄物の溶融効率を著しく増
大できる。

【００２９】前述した実施例では絶縁板４の外側端面の
全面が炉本体２の側壁内面と接触しているが、絶縁板４
の外側端面(炉本体２の側壁内面と対向する面)は、炉本
体２内に充填された導電性物質１のうち最も小さいもの
の直径以上に炉本体２の側壁内面から離れない位置に、
位置させてもよい。

【００３０】また、前述の実施例では４枚の絶縁板４を
設置しているが、絶縁板４は１枚でも導電性物質充填層
９の周辺部からその中心部に向かう渦電流の流れを発生
させることができる。このため、導電性物質充填層９の
半径方向における温度分布を従来よりも平坦化できる。
設置される絶縁板４の枚数が多いほど、導電性物質充填
層９の周辺部からその中心部に向かう渦電流の通路が増
えるので、導電性物質充填層９の中心軸付近での発熱量
が増加する。設置される絶縁板４の枚数が多いほど、導
電性物質充填層９の半径方向における温度分布の平坦化
の度合いが増加する。すなわち、それだけ、炉本体２の
側壁の劣化が抑制でき、その側壁の補修頻度が減少す
る。

【００３１】

【発明の効果】第１発明及び第２発明によれば、導電性
物質充填層の半径方向における発熱分布が従来よりも平
坦化されるので、炉本体側壁の劣化を抑制でき、炉本体
側壁の補修頻度を減少できる。

【００３２】第３発明によれば、炉本体側壁の補修頻度
を更に減少できる。

【００３３】第４発明によれば、導電性物質充填領域の
周辺部に多く流れていた渦電流を導電性物質充填層の中
心部に効率よく流すことができるので、炉本体側壁の補
修頻度を減少できる。

【００３４】第５発明によれば、仕切り部材の寿命を長
くでき、仕切り部材の交換頻度を低減できる。

【００３５】第６発明によれば、炉本体底面まで流下し
た溶湯が出湯口まで流れやすくなり、溶湯の炉本体外へ
の排出が容易に行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な一実施例である溶融装置の縦断
面図である。

【図２】図１のII−II断面図である。

【図３】図１の絶縁板の設置状態を詳細に示した構成図
である。

【符号の説明】

１…導電性物質、２…炉本体、３…電磁コイル、４…絶
縁板、５…出湯口、９…導電性物質充填層、１０…切欠
き部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松田将省茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者宮田健治茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者上田清隆茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に複数の塊状の導電性物質を収納する
と共に被溶融物が投入される炉本体と、前記炉本体の外
側に設けられ、前記導電性物質を誘導加熱する電磁コイ
ルとを備え、前記炉本体の半径方向に延び、前記炉本体
の側壁付近を周方向に流れる渦電流を前記炉本体中心側
に向かって流す仕切り部材を、前記炉本体内で前記導電
性物質が充填される領域に位置させることを特徴とする
溶融装置。
【請求項２】内部に複数の塊状の導電性物質を収納する
と共に被溶融物が投入される炉本体と、前記炉本体の外
側に設けられ、前記導電性物質を誘導加熱する電磁コイ
ルと、前記炉本体内で前記導電性物質が充填される領域
に配置され、前記炉本体内面からこの炉本体の中心側に
向かって延びる、絶縁性物質で構成された仕切り部材と
を備えたことを特徴とする溶融装置。
【請求項３】前記仕切り部材を前記炉本体内で周方向に
複数設けた請求項１または請求項２の溶融装置。
【請求項４】前記導電性物質の電気抵抗をρ(Ωｍ)、前
記導電性物質の比透磁率をμ、及び前記電磁コイルによ
って発生する交番磁場の周波数をｆ(Ｈｚ)としたとき、
前記仕切り部材は、 δ＝５.０３(ρ／μｆ)^1/2…（数１）で表される前記炉本体の中心軸からの距離δ(ｍ)よりも
外側に少なくとも位置する請求項１乃至請求項３のいず
れかである溶融装置。
【請求項５】前記仕切り部材は、融点が１５００℃以上
で気孔率が１０％以下である請求項１乃至請求項４のい
ずれかである溶融装置。
【請求項６】前記仕切り部材と前記炉本体の底面との間
に前記被溶融物の溶湯が流れる通路が形成される請求項
１乃至請求項５のいずれかである溶融装置。